跟踪流体流动的带电颗粒和颗粒
粒子追踪是一种数值方法，用于通过求解随时间推移的运动方程来计算单个粒子的路径。与ComsolMultiphysics®软件中使用的许多其他方法不同，Atracting shoring求解了许多离散轨迹，而不是连续场。
您模拟的颗粒可以代表离子，电子，生物细胞，沙子，弹丸，水滴，气泡，甚至行星或恒星。根据正在建模的粒子，您可以从影响其运动的各种内置力中进行选择。例如，您可以预测电子如何在电场和磁场中移动，或者由于重力和大气阻力而导致的灰尘如何沉降。您还可以控制释放粒子的初始位置和速度，并指定粒子击中几何形状边界时会发生什么。
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准确地预测应用磁场中离子或电子的运动对于光谱仪，电子枪和粒子加速器的设计至关重要。应用字段可以是用户定义或从先前分析中获取的。此类字段可以是静止的，依赖时间或在频域中解决的。您可以应用任何数量的不同字段，从而使您可以在同一模拟中超级固定和时谐波字段。
粒子运动很少发生在完美的真空中。您可以将任何粒子追踪模型变成蒙特卡洛碰撞模型，从而使颗粒与周围气体中的分子碰撞。这可能会导致粒子改变方向，甚至会发生反应，例如电离和电荷交换。
最简单的带电粒子追踪模型涉及单向（单向）耦合，在该耦合上求解了场，然后用于定义粒子上的力。如果带电的颗粒处于足够高电流的光束中，则可能有必要考虑双向（双向）耦合，粒子可以在该耦合中扰动磁场。内置分析类型可用于方便地设置双向耦合模型。
空气中水滴的分散和蒸发，实验室芯片装置中生物细胞的迁移以及沉积物对石油和天然气管道壁的影响都是用于流体流量的粒子搜索的例子。
对于流体中的颗粒，最重要的力通常是阻力和重力。根据应用的不同，也可以使用其他力，例如电力，磁性，嗜热和声辐射力。如果流体是湍流的，或者颗粒足够小，以至于布朗运动很明显，则粒子运动可能涉及随机成分。
颗粒的大小可能都相同，或者可能是从尺寸分布中取样的。可选地，您可以通过周围的环境对颗粒加热或冷却，也可以使颗粒在传播时获得或失去质量。
对于较大的颗粒，对运动方程的全面惯性处理可以准确预测每个粒子在周围流体中的加速度。流体速度可以手动键入或从先前的分析中键入。一些近似方法也可以显着减少模拟时间，尤其是对于惯性可忽略的小颗粒。
作为用于流体流动的带电粒子跟踪和粒子跟踪的内置功能的替代方案，粒子跟踪模块包括一个通用界面，用于求解您可能想要指定的任何粒子运动方程。您可以包括任何数量的用户定义的发布功能，边界条件，域条件和力。
在粒子上指定力的选项包括使用牛顿的第二种运动定律，或间接地指定粒子系统的拉格朗日式或哈密顿量。
模拟各种应用中粒子的行为。
通过直流和交流场的叠加跟踪离子。
释放和分开的粒子具有不均匀的尺寸分布。
模型分散和周围空气中小滴的蒸发。
可视化不同粒子物种的混合。
夫妇到频域中解决的声学场。
模型是由于高指数电子的生长而导致的，这是由于能量颗粒 - 壁碰撞而引起的。
结合颗粒上的确定性和随机力。
将侵蚀磨损的速率绘制为颗粒攻击边界。
粒子跟踪模块提供了用于在流体中追踪颗粒以及在外部磁场中追踪离子或电子的专用工具。
粒子释放功能使您可以分配初始粒子位置和速度。您可以选择从几何形状中的选定域，边界，边缘或点释放粒子。对于对初始位置的更好控制，您还可以输入坐标数组，也可以从文本文件加载初始位置和速度。专门的释放功能可用于发射非laminar离子和指定发射的电子束，从热阴极中电子的模型热发射，或从喷嘴中释放出液滴的喷雾剂。
随着离子和电子的繁殖，它们可能会与周围环境中的环境气体分子随机碰撞。您可以建立蒙特卡洛碰撞模型，其中每个粒子都有可能基于速度，气体密度和碰撞横截面数据与周围气体中的分子相撞的概率。碰撞可能是弹性的，也可能是电离或电荷交换反应，在模型中引入了新粒子（如二级电子）。
带电的颗粒自然会互相吸引或排斥，具体取决于其电荷的符号相反还是相同的符号。从根本上讲，这就是为什么一束电子束会随着光束向前传播而倾向于散开或散布的原因。
您可以以两种不同的方式对粒子之间的排斥或吸引力进行建模。对于少数带电的颗粒，您可以直接定义库仑力。对于较大的粒子，您可以计算体积空间电荷密度，然后使用它来扰动颗粒周围环境中的电势。在电子轨迹的计算和产生的电势之间交替是自洽双向耦合粒子 - 场相互作用建模的一个例子。
为了在建模湍流流动时节省计算资源，一种常见的仿真技术是解决雷诺平均的Navier-Stokes（RANS）方程，该方程可以通过求解流体速度的湍流波动的平均行为来解决其他运输变量，而不是求解流体速度的平均行为计算每个位置和每次的确切速度。
当使用RANS跟踪湍流中的颗粒时，您可以通过将阻力作为两个术语的组合来对其进行建模：一种贡献的含量：一种来自平均流量的贡献，以及一种来自速度波动或涡流的贡献。您可以使用内置离散随机步行和连续的随机步行模型从基于平均湍流动能的分布中随机对这些涡流进行随机对这些涡流进行采样。
您可以在运动粒子方程的牛顿公式中设置用户定义的力，直接以无质量公式指定粒子速度，或输入用户定义的拉格朗日式或哈密顿式。
为了求解粒子运动的时间相关方程，comsol®软件提供了一系列不同的求解器，包括可靠的隐式求解器，这些求解器甚至可以求解非常僵硬的运动方程，以及快速，准确的runge -kutta方法。基于运动粒子方程的功能形式分配了默认的时间步变算法，但是求解器的选择是完全透明的，并且可以由用户轻松修改。
当颗粒通过模拟域移动时，它们将自动检测到与周围几何形状中表面的任何碰撞。当粒子撞到墙壁时，您可以控制其行为：粒子可能停止移动，消失，散布或镜面反射，或沿用户定义的方向飞行。您还可以在同一表面上分配多种墙相互作用，并为每个表面指定概率，或者必须满足某种类型的墙相互作用必须满足的其他条件。另外，与墙壁的粒子碰撞会触发二级粒子发射：将新模型粒子引入几何形状。
在液体中跟踪颗粒时，必须指定粒子的密度和大小，以正确应用阻力和重力力。根据模型中考虑的其他力，可能有必要输入其他信息，例如相对介电常数，导热率甚至动态粘度（在对液滴进行建模时）。您可以直接输入粒子材料属性，也可以从广泛的内置材料属性库中加载它们。
同时可以在相同几何形状上对不同种类的粒子进行建模很容易。您可以在同一模型中定义多个物种，每个物种都具有自己独特的材料特性。或者，如果颗粒由相同的材料制成，但以不同尺寸的形式出现，则可以从分布中采样释放粒子的质量或直径。
现代电子枪设计需要对阴极或等离子体源附近的粒子速度和电场进行准确描述，其中首先以相对较低的动能释放颗粒。如果发现释放的电子速度的热分布对溶液具有显着影响，则可以使用内置功能对电子发射的空间充电限制有限的电子发射或对热发射的更高效果处理。
当粒子速度接近光速时，经典的牛顿力学需要一些修改才能准确描述粒子运动。粒子跟踪模块包括在跟踪非常快速粒子时考虑特殊相对论的选项。相对论颗粒的光束可以在自身周围创建明显的电场和磁场，因此完全自一度的模型包括电力和磁性粒子 - 场相互作用。
您可以将瞬时粒子位置视为点，箭头或彗星的尾部，并将其路径呈现为线条，管子或扁平丝带。您可以用在粒子或它们所占据的空间中定义的任何表达式上色。一些附加的后处理工具包括庞加莱地图，以显示粒子轨迹与平面的相交，以及相位肖像以可视化粒子在动量空间中的演变。
您可以轻松地将不同类型的图组合在同一绘图组中，然后对粒子运动进行动画。图和动画可以导出到文件，也可以导出原始解决方案数据以进行进一步分析。内置运算符和变量提供了粒子统计信息的方便概述。
每个业务和每个模拟都需要不同。
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